Vaikka lastuava kierteitys on meille erityisen läheinen menetelmä, se ei ole ainoa tapa valmistaa kierteitä. Kierteen valmistukseen on olemassa useita eri menetelmiä, joilla kullakin on omat erityispiirteensä, etunsa ja rajoituksensa. Menetelmän valintaan vaikuttavat muun muassa työstettävä materiaali, käytettävissä oleva konekanta sekä käyttäjän kokemus ja mieltymykset. Jotta valinta voidaan tehdä perustellusti, katsotaan tällä kertaa hieman tavanomaista pidemmälle. Tässä artikkelissa käsittelemme muovaavaa kierteitystä, eli lastutonta kierteiden valmistusmenetelmää, ja käymme läpi sen toimintaperiaatteen, käyttökohteet sekä sen erityispiirteet.
Miten muovaava kierteitys toimii?
Muovaavassa kierteityksessä kierre muodostetaan ilman materiaalin poistamista. Toisin kuin lastuavassa kierteityksessä, materiaalia ei leikata pois, vaan se muovataan siirtymään kierteen muotoon. Menetelmä perustuu kylmämuovaukseen, jossa muodonmuutos tapahtuu alle materiaalin uudelleenkiteytymislämpötilan. Tämän seurauksena materiaalin kiderakenne säilyy, mutta rakenne tiivistyy, mikä johtaa kierteen suurempaan lujuuteen.
Muovaavan kierteityksen työkalu
Muovaava kierteitys edellyttää erityistä työkalua, muovaavaa kierretappia (ns. rullaava kierretappi). Kun työkalu viedään valmiiksi porattuun pohjareikään, se ei leikkaa materiaalia, vaan painaa kierteen muodon materiaaliin. Koska lastua ei synny, muovaavassa kierretapissa ei ole perinteisiä lastu-uria. Joissakin rakenteissa on kuitenkin kapeita voitelu-uria leikkuunesteen paremman jakautumisen varmistamiseksi.
Siinä missä lastuavassa kierretapissa on terävät leikkuusärmät, muovaavassa kierretapissa on ohjaava kartio, jossa kierteen harjat ovat täysin muotoiltuja ja kasvavat asteittain halkaisijaltaan. Lisäksi muovaavan kierretapin poikkileikkaus ei ole pyöreä, vaan monikulmainen, mikä mahdollistaa materiaalin hallitun muovautumisen.
Muovaavan kierteityksen työvaiheet
Muovaavan kierteityksen työvaiheet muistuttavat pitkälti lastuavaa kierteitystä. Ensin porataan pohjareikä. Tässä vaiheessa on huomioitava, että muovaavassa kierteityksessä käytetään eri pohjareikämitoitusta kuin lastuavassa kierteityksessä. Pohjareikä voidaan viistää upottimella kierteen aloituksen helpottamiseksi. Tämän jälkeen voidaan suorittaa varsinainen kierteitys.
Muovaavassa kierteityksessä kierteen harjanteisiin syntyy tyypillisesti pieniä muovautumisjälkiä tai onteloita, jotka ovat menetelmälle ominaisia. Nämä eivät vaikuta kierteen toiminnallisuuteen tai lujuuteen.
Pohjareiän halkaisija muovaavassa kierteityksessä
Muovaavassa kierteityksessä pohjareiän halkaisija on suurempi kuin lastuavassa kierteityksessä, mutta sallitut toleranssit ovat selvästi tiukemmat. Tämä tarkoittaa, että virhemarginaali pohjareiän mitoituksessa on pieni. Pohjareiän halkaisija voidaan laskea seuraavalla kaavalla:
Dk = D – (0,5 × P) + 0,05
missä:
- Dk = pohjareiän halkaisija
- D = kierteen nimellishalkaisija
- P = nousu
Tiukkojen toleranssien vuoksi mitoituslaskenta kannattaa tehdä itse vain, jos siihen on riittävä kokemus. Muussa tapauksessa on suositeltavaa käyttää valmistajan tai standardin mukaista mitoitustaulukkoa virheiden välttämiseksi.
Milloin muovaava kierteitys on tarkoituksenmukaista?
Muovaava kierteitys soveltuu vain materiaaleille, joilla on hyvä kylmämuovattavuus. Tällaisia ovat muun muassa kevytmetallit ja niiden seokset, nikkeli- ja kobolttiseokset, titaani ja titaaniseokset, ei-rautametallit sekä rakenneteräkset noin 1200 N/mm² lujuuteen asti. Menetelmää voidaan käyttää myös ruostumattomille, haponkestäville ja kuumalujille teräksille vastaavaan lujuusluokkaan saakka. Muut materiaalit eivät sovellu muovaavaan kierteitykseen.
Materiaalin ominaisuudet asettavat rajoituksia myös kierteen nousulle. Käytännössä nousu voi olla enintään noin 3–4 mm. Sen sijaan saavutettava kierteen pituus voi olla huomattavasti suurempi kuin lastuavassa kierteityksessä ja rajoittuu lähinnä työkalun pituuteen.
Muovaava kierteitys aiheuttaa merkittäviä kitkavoimia, mikä johtaa lämmön muodostumiseen. Tästä syystä voitelun ja jäähdytyksen merkitys korostuu enemmän kuin muissa kierteitysmenetelmissä. Jos leikkuunesteen jatkuvaa ja riittävää syöttöä ei voida varmistaa, muovaava kierteitys ei ole suositeltava menetelmä.
Lisäksi muovaava kierteitys soveltuu parhaiten kiinteisiin työstökoneisiin. Menetelmä ei ole erityisen hyvin soveltuva käsityöhön.
Muovaavan kierteityksen edut
Rajoituksistaan huolimatta muovaavalla kierteityksellä on useita merkittäviä etuja. Merkittävin niistä on lastuttomuus: lastuja ei synny lainkaan, mikä poistaa yhden yleisimmistä kierteityksen häiriötekijöistä. Sama työkalu soveltuu sekä umpireikien että läpireikien kierteitykseen. Kylmämuovauksen ansiosta kierteiden lujuus on erittäin korkea ja pinnanlaatu erinomainen.
Muovaava kierteitys ehkäisee myös aksiaalisen virheasennon riskiä, joka lastuavassa kierteityksessä voi pilata koko kierteen. Menetelmä mahdollistaa suuremmat kierteitysnopeudet ja pitkän työkalujen käyttöiän. On kuitenkin huomattava, että toisin kuin lastuavat kierretapit, muovaavia kierretappeja ei voida uudelleenteroittaa kulumisen jälkeen.
Soveltuuko muovaava kierteitys sinulle?
Jos työstettävä materiaali soveltuu muovaukseen ja haluat välttää lastujen muodostumisen, esimerkiksi umpireikiä kierteitettäessä, muovaava kierteitys on varteenotettava vaihtoehto. Menetelmä edellyttää kuitenkin huolellista pohjareiän mitoitusta ja runsasta, laadukasta voitelua. Liian suuri tai liian pieni pohjareikä voi johtaa virheelliseen kierteen muotoon tai työkalun katkeamiseen. Oikein toteutettuna muovaava kierteitys tarjoaa erittäin kestävän ja laadukkaan lopputuloksen.